Kapitel 2: Darstellung von Information. Inhalt. Einfache Datentypen (Fortsetzung) Erste Programme (mit Ausgabe) Exkurs: Grammatiken

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1 Kapitel 2: Wintersemester 2005/06 Einführung in die Informatik für Naturwissenschaftler und Ingenieure (alias Einführung in die Programmierung) (Vorlesung) Inhalt Einfache Datentypen (Fortsetzung) Erste Programme (mit Ausgabe) Prof. Dr. Günter Rudolph Fachbereich Informatik Lehrstuhl für Algorithm Engineering Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 2 Einfache Datentypen Zeichen Ein Zeichen wird in einem Byte gespeichert (char) Zuordnung: Zeichen Zahl (Code) ASCII (American Standard Code for Information Interchange), 7-Bit-Code Einige wichtige nicht druckbare Steuerzeichen: horizontal tabulation line feed carriage return NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS TAB LF VT FF CR SO SI DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US SP! # $ % & ( ) * +, -. / : ; < = A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _ ` a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z { } ~ DEL Steuerzeichen null space NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS TAB LF VT FF CR SO SI DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US SP! # $ % & ( ) * +, -. / : ; < = A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _ ` a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z { } ~ DEL delete Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 3 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 4

2 Zeichen Zeichen werden gemäß ihrem Code als Zahl gespeichert deshalb kann man mit Zeichen rechnen: char c = 7 ; int zahl = c 0 ; Code von 7 ist 55 Code von 0 ist 48 Resultat: zahl = 7 und man kann Zeichen vergleichen: a < b ist wahr, weil 97 < 98 Erst bei der Ausgabe wird Datentyp char wieder als Zeichen interpretiert. Zeichen Datendefinition: char Zeichen; Zuweisung: Zeichen = x ; Darstellbare Zeichen: Buchstaben: a bis z und A bis Z Ziffern: 0 bis 9 Satzzeichen: z.b.! oder : Sonderzeichen: oder > oder } oder Leerzeichen Steuerzeichen \a alarm (BEL) \ Anführungsstriche mit Fluchtsymbol \b backspace \ Hochkomma \t horizontal tabulator (TAB) \? Fragezeichen (Umschalter): \ \n new line \\ backslash Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 5 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 6 Zeichenketten (Strings) Datendefinition etc. kommt später! Das erste C++ Programm: Aneinanderreihung von Zeichen Gekennzeichnet durch doppelte Hochkommata: Beispiele: Dies ist eine Zeichenkette! Dies ist eine Zeichenkette! #include <iostream> int main() { std::cout << Das ist eine Zeichenkette! << \n ; return 0; } Das ist jetzt\nneu. Das ist jetzt neu. \ The C++ Programming Language\ \n\tby B. Stroustrup The C++ Programming Language by B. Stroustrup #include <iostream> bindet Ein-/Ausgabemöglichkeit aus Bibliothek ein int main() kennzeichnet Hauptprogramm, gibt Datentyp integer zurück std::cout ist der Ausgabestrom; alles rechts von << wird ausgegeben return 0 gibt den Wert 0 an das Betriebssystem zurück (0: alles OK!) Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 7 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 8

3 Noch ein C++ Programm: #include <iostream> #include <climits> int main() { std::cout << "int: " << INT_MIN << "... " << INT_MAX << std::endl; return 0; } #include <climits> bindet Konstanten für Wertebereiche ein INT_MIN und INT_MAX sind Konstanten aus Bibliothek climits std::endl ist eine Konstante für Beginn einer neuen Zeile Einfache Datentypen Logischer Datentyp bool Zum Speichern von Wahrheitswerten wahr und falsch Wertevorrat: true und false Datendefinition: bool b; Zuweisung: b = true; oder: int x = 9; b = x > 7; Zum Überprüfen von Bedingungen Operationen: Name C/C++ Beispiel AND b x < 7 OR b x > 8 NOT!!b Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 9 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 10 Wahrheitstafeln Weitere ableitbare Operationen A B A B false false false false true false true false false A B A B false false false false true true true false true A!A false true false true true false A NAND B!(A B) A NOR B!(A B) A B (Implikation) A!B A XOR B (Antivalenz)!A B A!B true true true true true true true false Priorität der Operatoren 1. NOT 2. AND 3. OR! B A! A B Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 11 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 12

4 Auswertung von links nach rechts Abbruch, sobald Ergebnis feststeht: A false = false A true = true Beispiel: bool A = false, B = true; A true! B A! keine Auswertung B Boolesche Ausdrücke Vergleiche: < kleiner <= kleiner oder gleich > größer >= größer oder gleich == gleich!= ungleich Achtung: == testet auf Gleichheit = wird bei einer Zuweisung verwendet Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 13 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 14 Wofür werden boolesche Ausdrücke gebraucht? um Bedingungen formulieren zu können um den Kontrollfluss steuern zu können für Fallunterscheidungen: if Bedingung wahr then mache etwas; #include <iostream> int main() { int a = 10, b = 20; if (a < b) std::cout << kleiner ; if (a > b) std::cout << groesser ; if (a == b) std::cout << gleich ; return 0; } später mehr Anmerkung: In Programmiersprache C und vor 1993 auch in C++ existierte kein boolescher Datentyp! Stattdessen: Simulation mit Datentyp int Konvention: Wert ungleich Null bedeutet true sonst false Beispiele: int x = 8; if ( x ) x = 0; char c = y ; if ( c ) c = \n ; Das ist auch jetzt noch möglich! Empfehlung: Besser den booleschen Datentyp verwenden! Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 15 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 16

5 Woher weiß man, was man in C++ schreiben darf und was nicht? Natürliche Sprache festgelegt durch - Alfabeth - Orthografie - Wortbedeutungen - Grammatik Aktueller C++ Standard: ISO/IEC 14882:2002 Es wurde u.a. eine formale Grammatik für C++ festgelegt (für alle verbindlich). Grafische Darstellung Ziffer := Ohne Pfeile: von links nach rechts, von oben nach unten Ziffernfolge:= Ziffer Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 17 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 18 Ganzzahl mit Vorzeichen := + - Ziffernfolge Grafische vs. textuelle Darstellung von Grammatiken Grafische Darstellung anschaulich aber Platz raubend Textuelle Darstellung kompakter und automatisch zu verarbeiten Ziel Beschreibung von syntaktisch korrekten C++ Programmen Festkommazahlen := + - Ziffernfolge. Ziffernfolge Konkreter Sie sollen lernen, formale Grammatiken zu lesen und zu verstehen, - um sie in dieser Veranstaltung für ihre Zwecke nutzen zu können, - um einen fundamentalen Formalismus in der Informatik kennen zu lernen, - um andere Programmiersprachen leichter erlernen zu können. Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 19 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 20

6 Definition Eine kontextfreie Grammatik G = (N, T, S, P) besteht aus einer endlichen Menge von Nichtterminalen N, einer endlichen Menge von Terminalen T, einem Startsymbol S N, einer endlichen Menge von Produktionsregeln der Form u v, wobei - u N und - v eine endliche Sequenz von Elementen von N und T ist, sowie der Randbedingung N T =. Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 21 Beispiel T = { +, -, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 } N = { Z, A, D } S = { Z } Z +A Z -A Z A A D A AD D 0 D 1 D 9 = P Kompaktere Notation: Z +A -A A A D AD D Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 22 Beispiel T = { +, -, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 } N = { Z, A, D } S = { Z } Z +A -A A A D AD D Nichtterminale sind Platzhalter. Man kann dort eine Produktionsregel anwenden. Der Ersetzungsprozess endet, wenn alle Nichtterminale durch Terminale ersetzt worden sind. Beispiel T = { +, -, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 } N = { Z, A, D } S = { Z } Z +A -A A A D AD D Können wir mit dieser Grammatik +911 erzeugen? Start mit Z +A, wende Produktionsregel A AD auf A an, ergibt Z +AD Wende A AD auf A an, ergibt Z +ADD Wende A D auf A an, ergibt Z +DDD, Wende D 9 auf das erste D, D 1 auf die übrigen D an, ergibt Z Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 23 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 24

7 Notation der Grammatik im C++ Buch von Bjarne Stroustrup Nichtterminale: Wörter in kursiver Schrift Terminale: Zeichen in nicht proportionaler Schrift Alternativen wie - D sind dargestellt via - D: eins von Optionale (Nicht-)Terminale durch tiefgestelltes opt - sign opt Beispiel: Bezeichner identifier: nondigit identifier nondigit identifier digit nondigit: eins von universal-character-name _ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z digit: eins von universal-character-name: \u hex-quad \U hex-quad hex-quad hex-quad: hex hex hex hex hex: eins von digit a b c d e f A B C D E F Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 25 Rudolph: EINI (WS 2005/06) Kap. 2: 26